CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1. Sự phát triển của các hệ thống thông tin di động Hệ thống thông tin di động là hệ thống liên lạc thông qua sóng điện từ mà tại đó người dùng có thể vừa liên lạc, vừa di chuyển. Các dịch vụ điện thoại di động xuất hiện vào đầu những năm 1960 và phát triển không ngừng cho đến thời điểm hiện tại.
Cứ trung bình một thập kỷ, chúng ta sẽ được chứng kiến sự xuất hiện của một thế hệ thông tin di động mới. Thế hệ đầu tiên (1G) khởi đầu từ những năm cuối của thập kỷ 70 và đầu thập kỷ 80, đây là thệ thống thông tin di động tương tự cung cấp các dịch vụ thoại. Thế hệ thứ 2 (2G) bắt đầu xuất hiện từ những năm đầu của thập kỷ 90, thế hệ thứ 2 là công nghệ di động kỹ thuật số, cung cấp dịch vụ thoại và cả dữ liệu. Thế hệ thứ 3 (3G) bắt đầu xuất hiện từ năm 2001 tại Nhật Bản, đặc trưng bởi việc cung cấp dịch vụ thoại, dữ liệu và đa phương tiện với tốc độ cao.
Thế hệ 4G được thương mại hóa vào những năm 2012 trở đi, cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn thế hệ 3G rất nhiều. 1 Lộ trình phát triển của hệ thống thông tin di động.1, ở những khu vực khác nhau có những tiêu chuẩn khác nhau cho từng thế hệ thông tin di động. Ở Việt Nam, hệ thống thông tin di động được phát triển theo hướng: 1G GSM (2G) GPRS (2. Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 16 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông 1.
Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ nhất (1G) Hệ thống thông tin di động 1G là mạng điện thoại di động đầu tiên của nhân loại, được xuất hiện sớm nhất tại Nhật Bản vào năm 1979. Hệ thống thông tin di động 1G ứng dụng các công nghệ truyền dẫn tương tự để truyền tín hiệu thoại, sử dụng phương thức đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA) và điều chế tần số (FM). Đặc điểm: - Hoạt động ở băng tần khoảng 150 MHz. - Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch tương tự.
- Dịch vụ đơn thuần là thoại. - Mỗi máy di động được cấp phát đôi kênh liên lạc suốt thời gian thông tuyến. - Ảnh hưởng bởi nhiễu giao thoa do tần số các kênh lân cận là đáng kể. - Trạm thu phát gốc phải có bộ thu phát riêng làm việc với mỗi máy di động.
Những nhược điểm của hệ thống thông tin di động 1G: - Phân bổ tần số rất hạn chế, dung lượng thấp. - Gây ra tiếng ồn khó chịu và nhiễu khi thiết bị di động dịch chuyển. - Không đảm bảo tính bảo mật cuộc gọi. - Không tương thích giữa các hệ thống khác nhau.
- Chất lượng thấp và vùng phủ sóng hẹp. - Kích thước thiết bị di động lớn. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ hai (2G) Hệ thống thông tin di động 2G được đặc trưng bởi công nghệ chuyển mạch kỹ thuật số. Thông tin di động 2G sử dụng công nghệ đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA và đa truy nhập phân chia theo mã CDMA.
Các kỹ thuật này cho phép sử dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn nhiều so với 1G. Đặc điểm: Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 17 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông - Phương thức đa truy nhập: Sử dụng đa truy nhập TDMA và CDMA băng hẹp. - Sử dụng chuyển mạch kênh. - Dung lượng tăng, chất lượng thoại tốt hơn, hỗ trợ các dịch vụ truyền dữ liệu.
Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2G: Hệ thống thông tin di động 2G ra đời nhằm giải quyết những hạn chế của hệ thống thông tin di động 1G. Những ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2G: - Sử dụng kỹ thuật điều chế số tiên tiến nên hiệu suất sử dụng phổ tần cao hơn. - Sử dụng hệ thống số chống nhiễu kênh cùng tần số CCI (Co-Channel Interference) và chống nhiễu kênh kề ACI (Adjacent Channel Interference) hiệu quả hơn, làm tăng dung lượng hệ thống, đảm bảo chất lượng thông tin. - Điều khiển động việc cấp phát kênh một cách liên tục giúp cho việc sử dụng tần số hiệu quả hơn.
- Đáp ứng được nhiều dịch vụ mới (kết nối với ISDN). Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 2G: - Độ rộng dải thông băng tần của hệ thống còn nhỏ nên các dịch vụ ứng dụng cũng bị hạn chế (không đáp ứng được các yêu cầu phát triển cho các dịch vụ thông tin di động đa phương tiện cho tương lai). - Tiêu chuẩn cho hệ thống thông tin di động 2G là không thống nhất, do đó khó thực hiện chuyển giao toàn cầu. Hệ thống thông tin di động 2,5G Hệ thống thông tin di động 2,5G là hệ thống thông tin di động được nâng cấp từ hệ thống thông tin di động 2G.
Sự nâng cấp này được coi là sự chuẩn bị để tiến tới hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 3 (3G). Đặc điểm của hệ thống thông tin 2,5G: Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 18 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông - Các dịch vụ số liệu được cải tiến: + Tốc độ bit cao hơn. + Hỗ trợ kết nối Internet. + Hỗ trợ thêm phương thức chuyển mạch gói.
Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 2,5G: - Cung cấp các dịch vụ mạng mới và cải thiện các dịch vụ liên quan đến truyền số liệu như nén số liệu của người sử dụng, số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao,… - Cung cấp các dịch vụ bổ sung như: chuyển hướng cuộc gọi, hiển thị tên chủ gọi, chuyển giao cuộc gọi và các dịch vụ chặn cuộc gọi mới. - Cải thiện các dich vụ liên quan đến SMS (Short Message Service) như: mở rộng bảng chữ cái, mở rộng tương tác giữa các SMS. - Tăng cường công nghệ SIM (Subcriber Indentification Module). - Hỗ trợ các dịch vụ mạng thông minh.
- Cải thiện các dịch vụ chung như: định vị, tương tác với các hệ thống thông tin di động vệ tinh và hỗ trợ định tuyến tối ưu. Hệ thống thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) Để đáp ứng nhu cầu sử dụng thông tin di động ngày càng tăng cả về số lượng, tốc độ lẫn chất lượng của người sử dụng, Liên minh viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) đã đưa ra đề án tiêu chuẩn hóa thông tin di động thế hệ thứ ba (3G) với tên gọi IMT-2000 (International Mobile Telecommunications for thể Year 2000) nhằm nâng cao tốc độ truy nhập, mở rộng nhiều loại hình dịch vụ, đồng thời tương thích với các hệ thống thông tin di động hiện có để đảm bảo sự phát triển liên tục của thông tin di động. Nhiều tiêu chuẩn cho IMT-2000 đã được đề xuất, trong đó có hai hệ thống WCDMA và CDMA-2000 đã được ITU chấp nhận và được đưa vào hoạt động vào những năm đầu của thập kỷ 2000. Các hệ thống này đều sử dụng công nghệ Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access).
Điều Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 19 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông này cho phép thực hiện tiêu chuẩn toàn cầu cho giao diện vô tuyến của hệ thống thông tin di động 3G. Ưu điểm của hệ thống thông tin di động 3G: - Dễ dàng kết nối mọi lúc mọi nơi chỉ cần có sóng. - Đáp ứng được các dịch vụ trực tuyến như: truy cập Internet, ứng dụng online, game trực tuyến,… - Tốc độ truyền tải dữ liệu cao hơn 2G nên rút ngắn thời gian chờ đợi. - Đa dạng thiết bị hỗ trợ.
Nhược điểm của hệ thống thông tin di động 3G: - Chi phí sử dụng cao. - Phải chia sẻ băng thông với những người sử dụng khác, dẫn đến tốc độ truy cập mạng không ổn định. - Chất lượng sóng phụ thuộc nhiều vào vị trí thuê bao, trạm phát sóng và thiết bị. - Tốc độ 3G tuy cao nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng mạng di động ngày càng tăng.
Hệ thống thông tin di động tiền 4G (pre-4G) Công nghệ tiền 4G là bước chuẩn bị để nâng cấp từ công nghệ 3G lên 4G, ở một số nơi, người ta còn gọi đây là mạng 3,9G. Một số công nghệ tiền 4G có thể kể đến là: LTE (Long Term Evôlution), WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access), UMB (Ultra Mobile Broadband). • 3GPP LTE: 3GPP LTE là hệ thống tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông di động thế hệ thứ tư (4G). 3GPP LTE có khả năng cấp phát phổ tần linh động và hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện với tốc độ trên 100Mbps khi di chuyển với tốc độ 3km/h, và đạt 30Mbps khi di chuyển với tốc độ cao khoảng 120km/h, tốc độ này nhanh hơn Ngô Đắc Vinh Quang – MSHV 20211099M Page 20 Luận văn cao học Kỹ thuật viễn thông gấp 7 lần so với tốc độ truyền dữ liệu của công nghệ HDSPA.
Do đó công nghệ này cho phép sử dụng các dịch vụ đa phương tiện tốc độ cao trong khi di chuyển. 3GPP LTE sử dụng công nghệ Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) và kỹ thuật MIMO (Multi-input Multi-output). - Ưu điểm nổi bật: + Dung lượng truyền trên kênh đường xuống có thể đạt 100Mbps và trên kênh đường lên có thể đạt 50Mbps. + Không còn chuyển mạch kênh.
Tất cả dựa trên IP. VôIP được sử dụng cho dịch vụ thoại. + Kiến trúc mạng đơn giản hơn so với mạng 3G. Tuy nhiên, mạng LTE có thể tích hợp một cách dễ dàng với mạng 3G và 2G sẵn có.
Do đó không cần thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng mạng. • WiMax WiMax là hệ thống truy nhập vi ba có tính tương thích toàn cầu dựa trên cơ sở tiêu chuẩn IEEE 802.16 do Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đề xuất. Tiêu chuẩn IEEE 802.16 đưa ra những yêu cầu, chỉ tiêu kỹ thuật nhằm tập trung giải quyết các vấn đề trong mạng vô tuyến băng rộng điểm – đa điểm PMP (Point – MultiPoint) về giao diện vô tuyến bao gồm: Lớp điều khiển truy cập môi trường MAC (Medium Access Control) và lớp vật lý PHY (Physical Layer). WiMax là một chuẩn không dây tạo ra khả năng kết nối băng thông rộng tốc độ cao cho cả mạng cố định lẫn mạng không dây di động.
• UMB Chuẩn UMB được phát triển bởi 3GPP2 nhằm hỗ trợ cho mạng CDMA2000.